Wanneer welke spindel?

Zoals de meeste mensen wel weten vormt een spindel voor veel lineaire aandrijvingen de basis. Denk hierbij aan lineaire modules, buisverstellingen, hefkasten en elektrocilinders. Hierdoor is de spindel één van de meest veelzijdige aandrijvingen en eenvoudig toe te passen in onder andere de machinebouw. Maar wanneer gebruikt u welk type spindel?

De spindel in al zijn verschillende uitvoeringen is veelal de basis van een lineaire aandrijving.

1/1

Gerelateerde artikelen

Elektrotechniek 2013 - Industriële installatie groeit

Machinebouw gaat steeds meer richting mechatronica

Combinatie Profibus én Ethernet in SAN-coatinglijn

Contactloos hoeken meten met gemakkelijk bereikbare sensoren

Meer over

0

Er zijn verschillende types spindels met elk eigen specifieke eigenschappen. Voor het gewenste resultaat is het van belang te weten wat de goede eigenschappen van de spindel zijn, zodat het juiste type wordt ingezet.

Trapeziumspindel

Een trapeziumspindelaandrijving bestaat uit een moer die over een spindel draait. Kenmerkend voor dit type is dat het weinig speling kent en hoge belasting aankan. Een trapeziumspindel is uitermate geschikt om te gebruiken bij onder andere hoogteverstelling van hefframes en machines.

Kogelomloopspindel

De kogelomloopspindel is vooral populair vanwege het hoge rendement. Door de rollende kogels wordt een veel hoger rendement bereikt dan bij de trapeziumspindel, omdat daar geen glijwrijving optreedt. Bovendien heeft de kogelomloopspindel een koppeloverbrenging van een derde of zelfs minder en dat zorgt voor een efficiëntere aandrijving. Omdat het bij kogelomloopspindels draait om kracht, snelheid en nauwkeurigheid, zijn er veel soorten. Deze spindels zijn ideaal voor toepassingen waarbij het gaat om dynamisch positioneren of transporteren in continubedrijf. Ze worden gebruikt in uiteenlopende industriële sectoren - voor diverse machines, verplaatsingssystemen en robottoepassingen.

Kogelomloopspindels worden ook in handverstellingen toegepast als nauwkeurigheid en stijfheid dat vereisen. 

Planetaire spindels

Planetaire spindels staan ook bekend als planeetrolspindel en zijn uniek door de combinatie van een spindel met geprofileerde rollen. Ontwikkeld voor het omzetten van lineaire bewegingen naar roterende bewegingen (en andersom), zijn ze in staat om grote massa's nauwkeurig en snel te bewegen. De planetaire spindel kent vele voordelen, zoals een hoge nauwkeurigheid, een lange levensduur, hoge vermogensdichtheid en een laag smeermiddelverbruik. Ze bereiken hoge snelheden - ook bij extreem hoge belasting. De planetaire spindel wordt vaak ingezet als alternatief voor hydraulische aandrijvingen bij elektromechanische persen, in spuitgietmachines en in de olie- en gasindustrie.

Overige spindels

Behalve de genoemde top 3-spindels, zijn er nog helixspindels en varianten op trapeziumspindels. Bij de dergelijke varianten heeft de groef een ronde, driehoekige of zelfs klantspecifieke vorm.

Hoe kiest je de juiste spindel?
Een spindel wordt toegepast daar waar kracht nodig is en geen hoge snelheden. Maar het toepassingsgebied is veel ruimer. De functie en bijbehorende eisen bepalen of een spindel geschikt is en welk type het beste kan worden gebruikt . Op basis van de nu volgende technische aspecten, kunt u de juiste keuze maken voor uw toepassing.

Snelheid

De spoed van de spindel bepaalt de verplaatsing per omwenteling en het toerental de maximum snelheid. De lengte en de kerndiameter zijn hierbij leidend en bepalen het kritische toerental. Als het optredend toerental ruim onder deze waarde blijft, wordt mechanische schade voorkomen. Is de snelheid te laag, dan kunt u een grotere spoed kiezen, een spindel met meer gangen (starts) of helixspindels.

Positioneer- en herhaalnauwkeurigheid

Nauwkeurigheid wordt voor een deel bepaald door de stijfheid en de gangen in de spindel. Zeker bij een wisselende belasting bent u afhankelijk van de vering van het materiaal omdat dit gevolgen heeft voor de herhaalnauwkeurigheid. Dit is op te lossen met voorspanning in een moer, die voor meer stijfheid zorgt.
Tegenwoordig worden er ook hogere eisen gesteld aan de nauwkeurigheid en stijfheid van handverstellingen. , waardoor deze niet alleen met trapezium- maar ook met kogelomloopspindels kunnen worden uitgevoerd.

Een meerassige samenstelling op basis van eenheden met kogelomloopspindel. 

Inschakelduur trapeziumspindels

De inschakelduur is met name belangrijk voor trapeziumspindels, omdat bij kogelomloopspindels en planetaire spindels de moer de kracht overbrengt met een wentellichaam. Bij een trapeziumspindel glijden twee vlakken over elkaar, de ontstane wrijvingswarmte moet dan door de moer en spindel worden afgevoerd. Dit wordt ook wel ‘PV-waarde' genoemd: de omtreksnelheid van de flankdiameter in de moer vermenigvuldigd met de druk in de moer.
De hoogte van de PV-waarde bepaalt de mate waarin de warmte in de glijvlakken wordt ontwikkeld. Als de temperatuur te hoog is, veranderen de fysische eigenschappen van het smeermiddel en/of het materiaal van de moer. Het gevolg hiervan is droogloop en overmatige slijtage. De inschakelduur wordt bepaald door bewegingen per 10 minuten. Waar voorheen werd uitgegaan van 10 procent, is momenteel zelfs 100 procent haalbaar. Bij een PV-waarde kleiner dan 21 N/mm2 x m/min geldt een 100 procent inschakelduur (bronzen moer op stalen spindel).

Knik

Het meest kritische aspect van een spindelaandrijving. Knikken van een spindel kan worden voorkomen door berekening van de vrije spindellengte, spindellagering, kwadratisch oppervlaktemoment en door het bewegende deel te voorzien van een lineaire geleiding. De geleiding voorkomt buiging, zodat de spindel minder snel zal knikken.

Smering: voor een langere levensduur

Smeren van lineaire aandrijvingen heeft in mindere mate een bepalende factor voor de keuze van een spindel, maar is wel belangrijk voor het rendement en de levensduur van aandrijvingen. Een goede smering kan zelfs kosten besparen.
Bij een goede smering zijn de loopvlakken constant voorzien van een smeerfilm. Dit kan door periodiek smeren met bijvoorbeeld een opencel polyurethaanschuim. Hierbij brengt een zelf smerend kunststof olie aan op de banen. Een voordeel is dat het ook overtollig smeermiddel absorbeert. Het nadeel is dat het veel tijd en aandacht kost om beschadigingen aan de oppervlakten te voorkomen.
Er zijn ook automatische oplossingen, waarbij smeerintervallen worden verlengd of zelfs helemaal automatisch gaan met behulp van een smeerpomp. Zodra er te weinig smeermiddel aanwezig is, wordt er olie aangebracht op de kogelbanen. Welke manier van smeren u ook kiest, door de juiste smering van uw onderdelen wordt de levensduur verlengd.

Zelfremmendheid

Hoe lager het rendement van een spindel, hoe groter de zelfremmendheid. Of een aandrijving zelfremmend is, hangt af van een aantal aspecten: de weerstand tussen de moer en de spindel, de grootte van de hellingshoek, enkel- of meergangig en of er gekeken wordt vanuit een stilstaande of draaiende positie.
Kogelomloopspindels en planetaire spindels zijn niet zelfremmend, doordat ze door wentellichamen worden bewogen en een lage weerstand hebben. Een enkelgangige trapeziumspindel is dit wel, vanuit een stilstaande positie. Maar ze hoeven niet zelfremmend te zijn vanuit een draaiende situatie als de aandrijving stilvalt. Dit kan worden voorkomen in combinatie met een wormwielreductor.

2-, 3- of 4-puntscontact bij kogelomloopspindels

Bij conventionele voorgespannen moeren wordt meestal gekozen voor twee keer een 2-puntscontact of voor moeren met een 4-puntscontact. Bij een 2-puntscontact staan de contacthoeken in tegengestelde richting, waardoor u een licht lopende moer heeft met een hoog rendement. Nadeel hieraan is dat de moer niet de stijfheid heeft zoals een moer met een 4-puntscontact.
Deze laatstgenoemde vraagt om een hoge nauwkeurigheid van de kogelbanen. Nadelig hieraan is dat de kogels met de kogelbanen een grote differentiële slip hebben. Dit ontstaat door het verschil in diameter in het contactpunt tijdens het rollen van de kogel door de banen. Gevolg: warmteontwikkeling en meer slijtage.
De oplossing? Een 3-puntscontact. Deze heeft de stijfheid van een 4-puntscontact, zonder de differentiële slip. Bij het omkeren van de draaibeweging verplaatst zich één drukpunt van de moer naar de andere zijde. Dit drukpunt ligt vervolgens in het hart van de kogel en creëert een low friction zone.

Toepassingen

Door de veelzijdigheid van de spindels kunnen ze in diverse toepassingen worden gebruikt. Denk aan:
• spindelhefkasten voor grote en/of zware bewegende delen.
• elektrocilinders als alternatief voor hydraulisch aangedreven systemen. De inbouwwijze is hetzelfde en de spindels zijn tevens beschermd tegen omgevingsinvloeden.
• verstelsystemen die ideaal zijn voor verstellingen in machines. De inschakelduur is en de spindel biedt hoge stijfheid. De eisen voor nauwkeurigheid worden bovendien steeds hoger: voldeed voorheen de trapeziumspindel, steeds vaker worden kogelomloopspindels toegepast. Bovendien wordt het handwiel tegenwoordig vervangen door een elektroaandrijving. 

Een spindelhefkast met twee gekoppelde spindels. 

Kom in contact

Met de genoemde handvatten kiest u ongetwijfeld de juiste spindel voor uw toepassing. Voor vrijblijvend advies kunt u ook contact opnemen met MCA linear motion robotics: sinds 1994 het bedrijf voor totaaloplossingen in de lineair-, aandrijf- en besturingstechniek. Ga naar https://www.mcabv.nl .